Helechos arborescentes en la Antártida

por , para Ciencia Hoy el . Publicado en Número 154.

La historia de los helechos arborescentes de la Antártida, componentes abundantes y diversos de la vegetación de hace 120 millones de años.

Helechos que no parecen tales

Cuando pensamos en helechos, la primera imagen que nos viene a la mente es la de una planta pequeña, con hojas (llamadas frondes) divididas en segmentos, que requiere abundante agua, se reproduce mediante esporas y forma parte de la decoración de interiores. Esa imagen coincide con muchas de las más de diez mil especies de helechos que actualmente pueblan la Tierra, pero existen algunas que escapan a tal descripción, como las del orden Cyatheales.

Los helechos de estas especies alcanzan alturas comparables con las de los árboles, lo cual les valió el nombre de helechos arborescentes. Viven por lo general en lugares cálidos y húmedos, como muchas zonas de Misiones, Corrientes, Jujuy y Salta en la Argentina. Por su aspecto se pueden confundir con palmeras, ya que presentan un eje vertical sin ramificaciones, muchas veces con las bases de las hojas adheridas a él, y una corona de hojas con forma de sombrilla en el extremo superior. Pueden superar los 15m de alto, pero no son árboles sino helechos, como sus parientes más pequeños y conocidos, pues se reproducen mediante las esporas contenidas en pequeñas estructuras llamadas esporangios, ubicadas en la parte inferior o envés de las hojas.

Las especies vivientes de Cyatheales conforman ocho familias (Thyrsopteridaceae, Loxsomataceae, Culcitaceae, Pagiogyriaceae, Cyatheaceae, Cibotiaceae, Dicksoniaceae y Metaxyaceae). En adición a ellas, existen registros fósiles que sugieren que este grupo se habría originado hace más de 150Ma, en el período jurásico. Estudiando restos fósiles se han identificado numerosas especies extinguidas, algunas de las cuales presentan caracteres que las relacionan con familias actuales, pero otras tienen características únicas, o incluso combinaciones de características propias de dos o más familias poco emparentadas, por lo que su clasificación sobre la base de los esquemas actuales resulta difícil. Esto revela que en el pasado la diversidad del grupo fue mayor que la de hoy.

Fósiles bajo el hielo

En los últimos años, el grupo de investigación que integran los autores ha descripto numerosos Cyatheales fósiles hallados en la península Byers, en el extremo oeste de la isla Livingston, una de las Shetland del Sur. Los hallazgos fueron realizados por expediciones del Instituto Antártico Argentino y provienen de afloramientos rocosos de la formación geológica Cerro Negro, de 120 millones de años de antigüedad, es decir, del Cretácico inferior. Son rocas presuntamente formadas por la acción de ríos y lagos ubicados en las cercanías de volcanes, cuyas erupciones habrían aportado grandes cantidades de cenizas y otros productos que se acumularon en forma de sedimentos.

Los fósiles de la península Byers demuestran que existió en la región una flora con abundancia de coníferas, helechos, cícadas y otros grupos extinguidos de gimnospermas, como las Bennettitales y las Pteridospermas.

Sobre la base de los frondes fósiles, se ha logrado distinguir tres especies del orden Cyatheales, denominadas Eocyathea remesaliae, Sergioa austrina y Lophosoria cupulata. No solo se advierten en muchos fósiles detalles de las pequeñas venas de los frondes sino, también, parte de sus estructuras reproductivas. Las esporas generadas en los esporangios permanecen en ellos hasta que maduran y estos se abren, lo que permite la dispersión de las esporas. Los esporangios de los helechos pueden presentarse aislados, o en agrupaciones denominadas soros o sinangios. El hallazgo de fósiles de helechos con esporangios y esporas preservadas es importante porque permite establecer con más certeza las afinidades del fósil. Muchos grupos de helechos no emparentados entre ellos (e incluso otros grupos de plantas que no son helechos) pueden tener frondes muy similares, en cuyos casos el hallazgo de estructuras reproductivas resulta clave para poder clasificarlos de manera precisa.

Además de impresiones de hojas, se hallaron en la península Byers tallos petrificados de helechos Cyatheales. En total se estudiaron restos de unos ochenta ejemplares pertenecientes a cuatro especies extinguidas de estos helechos. Por las particularidades de su preservación, se pueden seccionar con las herramientas usadas para cortar rocas, las cuales permiten obtener láminas delgadas para ser estudiadas usando lupa o microscopio. Esto revela la disposición de los tejidos y, en algunos casos, detalles de las paredes celulares. Y el estudio de su anatomía hace posible comprender las razones de que los helechos arborescentes alcancen tamaños tan altos.

 

Islas Shetland del Sur. En ocre, las áreas libres de hielo.

La mayoría de los árboles produce xilema secundario o madera, cuya dureza explica que puedan sostenerse y alcanzar grandes alturas. Pero hay plantas arborescentes que no la producen, o lo hacen en escasa cantidad, como las palmeras y, justamente, los helechos arborescentes. Una de las características adquiridas por estos en el transcurso de la evolución, que explica la posibilidad de su crecimiento en altura, es la producción de abundante xilema primario que, en adición a conducir agua y nutrientes por toda la planta, proporciona soporte mecánico. Suele además hallarse acompañado de tejido esclerenquimático, formado por células de paredes muy gruesas, que aporta rigidez y soporte. Por otro lado, los helechos arborescentes producen gran cantidad de raíces adventicias alrededor de sus tallos, las cuales forman un armazón que brinda una mayor resistencia a la estructura, y en algunos casos los peciolos constituyen también una armazón más o menos rígida que acompaña a las raíces adventicias.

 

Alsophila setosa, un helecho arborescente actual fotografiado en la provincia de Misiones. Foto Nicolás Oleynik.

Las características de tres de los cuatro tipos de tallos hallados en la isla Livingston no permiten asignarlos a alguna de las familias actuales de Cyatheales. El cuarto tipo se asemeja a formas incluidas en la familia Cibotiaceae, pero su mala preservación impide una clasificación más precisa.

Por último, las esporas aisladas de helechos, obtenidas por tratamiento químico de rocas de la formación Cerro Negro, proporcionan evidencia adicional de que hubo Cyatheales en la Antártida. Las abundantes esporas del género Cyatheacidites tienen características que permiten vincularlas con certeza a la familia Dicksoniaceae. En particular, la especie actual Lophosoria quadripinnata produce esporas similares a las halladas en esporangios de las especies fósiles Sergioa austrina y Lophosoria cupulata de la península Byers.

Los helechos en la comunidad florística

Los estudios sobre la geología y la flora fósil de la península Byers llevan a pensar que, en el lapso de uno o dos millones de años en que se formaron los estratos rocosos que contienen la flora fósil de la isla Livingston, sería posible distinguir dos etapas de sucesión florística. No se ha recogido suficiente evidencia como para estimar el tiempo en el que se ubicaría el límite entre ambas etapas.

En la primera etapa, en ambientes fluviales con esporádicas caídas de ceniza volcánica, dominaron los bosques de coníferas formados por araucariáceas y podocarpáceas de más de 20m de altura, acompañadas en menor abundancia por helechos y otras gimnospermas. En la segunda etapa, debido a un incremento de la actividad volcánica, el ambiente se volvió desfavorable para las coníferas y la flora evolucionó hacia una asociación de Cyatheales, Bennettitales –que son un grupo de gimnospermas extinguidas que poseen hojas parecidas a las de las Cycas–, helechos de pequeño porte y otras gimnospermas no coníferas, con escasa presencia de araucariáceas y podocarpáceas.

 

Helechos dibujados por el biólogo alemán Ernst Haeckel (1834-1919) y litografiados por Adolf Giltsch. Reproducción de la lámina 92, ‘Filicinae’, de la obra del Kunstformen der Natur, Bibliographisches Institut, Leipzig-Viena, 1898. En primer plano, un ejemplar del género Alsophila.

Los fósiles de helechos Cyatheales encontrados en la península Byers provienen de rocas formadas en la segunda de las anteriores etapas. En ella, períodos de mayor adversidad relativa del medio habrían afectado a todos los grupos de plantas, pero los helechos habrían tenido la capacidad de recuperarse y crecer más rápido que las plantas que producen madera. Por ello, sus formas arborescentes habrían podido alcanzar alturas importantes con más facilidad que las gimnospermas.

Se ha estimado, mediante modelos matemáticos basados en datos de plantas actuales, que algunos de los Cyatheales de la península Byers habrían alcanzado los 20m de alto. Si bien no lograron las alturas de hasta 45m estimadas para las coníferas de esa flora fósil, por su abundancia y porte estimado fueron un elemento importante del estrato arbóreo de dicha segunda etapa, en la que habrían tenido una presencia mucho más importante que las coníferas.

El clima antártico durante el Cretácico

Los restos paleoflorísticos constituyen una de las herramientas usadas para estimar cómo fue el clima durante el pasado geológico. Dado que las plantas subsisten en los lugares en que las condiciones del medio les son favorables, puede concluirse que la abundancia de determinadas especies en una época y un lugar es señal de que allí y entonces el medio ofrecía condiciones propicias para su subsistencia.

 

Restos fósiles de frondes de la especie Sergioa austrina. La barra que da la escala mide 1cm.

Algunas de las técnicas más difundidas para estimar los climas del pasado se aplican a las angiospermas dicotiledóneas que, si bien ya habían aparecido en la Tierra hace 120Ma, aún estaban en etapas tempranas de su desarrollo y diversificación, y todavía no habían colonizado varias regiones del planeta, entre ellas las tierras que hoy son la isla Livingston.

Una técnica alternativa, llamada ‘análogo moderno’, consiste en determinar qué características posee el ambiente en que viven los representantes actuales del grupo de plantas fósiles en cuestión y extrapolar a estas esos requerimientos ambientales.

 

Corte transversal del tallo de la especie Alienopteris livingstonensis. Las estructuras con forma de Y corresponden al sistema de conducción de agua y nutrientes de la planta. La barra que da la escala mide 1cm.

Los helechos requieren que haya agua en el ambiente, ya que su reproducción depende en parte de que los gametos masculinos se desplacen por ella y lleguen a los femeninos. Ello explica que, por lo general, crezcan en ambientes húmedos, los que muchas veces son también templados o cálidos. El hallazgo de gran cantidad de helechos fósiles suele tomarse como indicador de que imperó ese tipo de condiciones y, como los Cyatheales actuales suelen vivir en ese tipo de sitios, su hallazgo en gran abundancia y diversidad en la paleoflora de la isla Livingston permite inferir que el clima les debería haber sido allí bastante favorable durante el Cretácico y que imperaron similares condiciones ambientales a aquellas en que prosperan los helechos de hoy.

El hallazgo en la isla Livingston de la especie fósil Lophosoria cupulata, una dicksoniácea muy similar a la actual Lophosoria quadripinnata que habita desde México hasta la Patagonia, permitió estimar que hace 120Ma la temperatura media anual en esa región de la Antártida habría sido como mínimo de 8ºC. Por otro lado, la presencia de numerosos grupos de helechos preservados allí –tanto de la familia Cyatheales como de otras– llevó a postular que posiblemente no existieron períodos de suelos congelados.

Un estudio de las condiciones climáticas en que vivieron los Cyatheales y otros helechos arborescentes actuales concluyó que el ancestro común de un subconjunto de los primeros, que informalmente se denomina ‘núcleo de los helechos arborescentes’, habría requerido un régimen alto de precipitaciones, de por lo menos 1100mm anuales, con temperaturas mínimas anuales no menores de 7,7ºC, y temperaturas máximas anuales no menores de 23,3ºC. Dado que la mayoría de los helechos fósiles del orden Cyatheales de la isla Livingston habrían sido parte de dicho núcleo, se puede concluir que el régimen de lluvias y las temperaturas habrían configurado un clima muy benigno, bien distinto del que hoy impera en la región.

Izquierda. Envés de frondes de un helecho del género Cnemedaria. Se advierten los esporangios que contienen las esporas. Herbario de la Universidad de Duke, foto KM Pryer. Derecha. Lophosoria quadripinnata, Chile.

Una de las razones de la diferencia del clima cretácico con relación al actual es que hace 120Ma la Antártida y la Patagonia estaban aún unidas, lo que impedía la formación de una corriente oceánica circumpolar como la que circula en la actualidad y aísla térmicamente el territorio antártico del resto del planeta. Pero esto no alcanza para explicar las temperaturas deducidas de la presencia de helechos. Quizá el hecho de que en la zona de la isla Livingston, según las evidencias geológicas, haya habido entonces mucha actividad volcánica explique que se haya generado en ella un microclima más cálido que el reinante en el resto de la Antártida. Posiblemente, el hallazgo y estudio de nuevas floras fósiles en otras regiones antárticas permitan determinar si se trataba de condiciones climáticas locales, o si imperaban en toda la región.

Lecturas Sugeridas

CÉSARI SN, 2006, ‘Aptian ferns with in situ spores from the South Shetland Islands’, Review of Palaeobotany and Palynology, 138: 227-238.

CÉSARI SN, REMESAL M y PARICA C, 2001, ‘Ferns: A palaeoclimatic significant component of the Cretaceous flora from Livingston Island, Antarctica’, en Asociación Paleontológica Argentina, Publicación especial 7, pp. 45-50.

VERA EI, 2013, ‘New Cyathealean tree fern Yavanna chimaerica from the Early Cretaceous of Livingston Island, Antarctica’, Cretaceous Research, 44: 214-222.

VERA EI, 2015, ‘Further evidence supporting high diversity of Cyathealean tree ferns in the Early Cretaceous of Antarctica’, Cretaceous Research, 56: 141-154.

Horacio Heras

Ezequiel I Vera

Doctor en ciencias biológicas, UBA.
Investigador adjunto del Conicet en el MACN. Jefe de trabajos prácticos, FCEYN, UBA. evera@macn.gov.ar
Horacio Heras

Silvia N Césari

Doctora en ciencias geológicas, UBA.
Investigadora principal del Conicet en el MACN. evera@macn.gov.ar